DE2148201A1

DE2148201A1 - Antennenvorrichtung mit doppeltem Reflektor mit Richteigenschaften

Info

Publication number: DE2148201A1
Application number: DE19712148201
Authority: DE
Inventors: Masahiro; Kataoka Yoshio Tokio. P Karikomi
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1970-09-28
Filing date: 1971-09-27
Publication date: 1972-03-30
Also published as: JPS5033749B1; US3745582A; FR2108043B1; FR2108043A1; GB1367331A

Description

DR. BERG DIPL.-ING. STAPF

PATENTANWÄLTE 214o2U I

8 MÜNCHEN 8O. MAUERKIRCHERSTR. 45

Dr. Berg Dipl.-Ing. Stopf, 8 MOnchen 80, Mauerkircherstrqfle 45 · Ihr Zeichen ihr Schre.ben Unser Zeich.» 21 5^6 Dafum g ^ §gp jgfl

Anwaltsakte 21

Nippon Telegraph and Telephone Public Corporation

Tokyo /Japan

"Antennenvorrichtung mit doppeltem Reflektor mit

Riehteigenschaften"

Die Erfindung betrifft allgemein eine Antennenvorrichtung mit doppeltem Reflektor, die einen Hauptreflektor und einen Iiebenreflektor aufweist _s insbesondere eine solche, bei der der Hauptreflektor unbeweglich ist,

VI I/D

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»8 82 Π 98 70 43 98 3310 Telegramm· ι BERGSTAPFPATENT MOnchen TELEX 05 24 MO BERG d

Bank ι BayerixJie Vereinsbank MOndien 453100 Postscheck ι MOnchen 453 43

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während der Nebenreflektor schwenkbar ist,, um einen Satelliten, insbesondere einen geografisch stationären Satelliten , zu verfolgen.

Seit einigen Jahren wird weltweit ein sogenanntes Satellitensystem zu Nachrichtenübertragung eingesetzt, bei dem ein oder mehrere Nachrichtensatelliten als Verstärker für die Nachrichtenübertragung im Weitverkehrsbereich zwischen Erdfunkstationen, die durch sehr große Entfernungen voneinander getrennt sind, eingesetzt werden. Um einen Nachrichtensatelliten verfolgen zu können, wird eine Richtantenne in einer Erdfunkstation im allgemeinen auf einer Lagervorrichtung so angebracht, daß die Antenne in bezug auf die Bewegung des Satelliten schwenkbar und drehbar ist. Der Reflektor dieser Antennen hat mit seinem sehr großen Durchmesser ein sehr hohes Gewicht, so daß für die Schwenkung und Drehung des sehr schweren Reflektors gegen den V/inddruck und für seine Haltevorrichtung eine außerordentlich große und schwierige Lagerung notwendig ist. Zusätzlich wird für den Antrieb einer derartig schweren Haltevorrichtung eine sehr hohe Leistung erforderlich. Darüber hinaus muß der Antrieb die Haltevorrichtung und den Reflektor mit sehr großer Präzision bewegen. Daraus folgt, daß die Abmessungen und das Gewicht eines Reflektors durch die Abmessungen der notwendigen Haltevorrichtung begrenzt sind. Dfe Fortschritte beim Start von Satelliten haben es heute möglich gemacht, einen geografisch stationären oder Synchronsatelliten in eine Bahn mit einem 2h- stündig en Umlauf zu bringen, um ein weltweites Nachrichtensystem zu verwirklichen. Der geografisch stationäre Nachrichtensatellit verschiebt sich in bezug auf eine Erdfunkstation nur innerhalb

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eines sehr engen Bereiches von wenigen Grad plus oder minus. Eine Richtantenne muß daher ihre Stellung bei der Verfolgung dieses geografisch stationären Satelliten ebenfalls nur um einige wenige Grade, entsprechend der Bewegung des Satelliten, verändern. Es ist daher offensichtlich nicht wirtschaftlich, Antennen von der Bauart zum Schwenken und Drehen, wie sie bei umlaufenden Satelliten verwendet werden, bei dieser Anwendungsart einzusetzen, da sie sehr schwer sind und nur mit großem Aufwand herstellbar sind.

Um geografisch stationäre Nachrichtensatelliten zu verfolgen, wurdenbisher allgemein sogenannte Gassegrain oder Doppelreflektorantennen verwendet. Diese Antennen weisen einen Hauptreflektor mit einem Hornreflektor als Hauptstrahl er, eine Antennenzuleitung und einen Nebenreflektor, der in einem bestimmten Abstand gegenüber dem Hauptreflektor angebracht ist, auf. Um den geografisch stationären Nachrichtensatelliten zu verfolgen, wird nur der Nebenreflektor in bezug auf die Achse des Hauptreflektors, der seinerseits mit anderen wesentlichen Bauteilen der Antenne unbeweglich gehalten wird, geschwenkt. Die Richtung der ausgehenden Strahlen kann daher nur in bezug auf den Verschiebungswinkel des geografisch stationären Satelliten verändert werden. Auf diese Weise konnten die Richtantennen in Erdfunkstellen für die Verfügung von Nachrichtensatelli ten fühlbar in ihrem Aufbau vereinfacht und wirtschaftlich hergestellt werden. Bei Gassegrainantennen ist die reflektierende Oberfläche des Hauptreflektors parabolisch, die des Nebenreflektors hyperbolisch. Der festgelegte Brennpunkt ist unverschiebbar auf einen Punkt auf der Achse des Hauptreflektors eingestellt.

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Wird daher der Nebenreflektor geschwenkt, während der Hauptreflektor unbeweglich bleibt, werden die ursprünglich berechneten geometrisch-optischen Verhältnisse nicht mehr eingehalten und der Antennengewinn dadurch merklich verringert. Aus diesem Grund können Cassegrainantennen nicht vorteilhaft bei einem Anwendungsfall eingesetzt werden, bei dem nur der Nebenreflektor geneigt oder geschwenkt wird, um einen geografisch stationären Nachrichtensatelliten zu verfolgen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Doppelreflektorantenne zu schaffen,' die zur Verfolgung geografisch stationärer oder Synchron-Nachrichtensatelliten gut geeignet ist, bei der nur der Nebenreflektor geschwenkt wird, während der Hauptreflektor unbeweglich bleibt, ohne eine nennenswerte Veränderung der geometrisch-optischen Verhältnisse hervorzurufen, so daß die ausgehenden Strahlen auf eine gewünschte Richtung einstellbar sind, ohne eine nennenswerte Verringerung des Antennengewinns in Kauf zu nehmen. Bei der Antennenvorrichtung gemäß Erfindung werden die Wölbungen des Haupt- und des Nebenreflektors einer Doppelreflektorantenne so ausgelegt, daß die ausgehenden Strahlen phasengleich in zwei Richtungen, die etwas von der Achse des Hauptreflektors abweichen, sind. Der Neigungswinkel des Nebenreflektors in bezug auf den Hauptreflektor wird kontinuierlich verändert, wobei gleichzeitig der Abstand zwischen Hauptreflektor und Nebenreflektor verändert wird, um einen geografisch stationären oder Synchron-Nachrichtensatelliten mit bestmöglichem Antennengewinn zu verfolgen.

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Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführung sb ei spiel en näher erläutert, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug.genommen wird.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Doppelreflektorantenne gemäß Erfindung, die zur Erläuterung der zugrundeliegenden Wirkungsweise dient.

Fig. 2 zeigt eine Darstellung des grafischen Verfahrens zur Konstruktion der Wölbungen des Haupt- und des Nebenref1ektors.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer tatsächlich aufgebauten Doppelreflektorantenne gemäß Erfindung, die entsprechend den Grundsätzen der Vorrichtung gemäß Erfindung entwickelt und hergestellt wurde, wobei diese Grundsätze nach Fig. 1 und 2 näher zu erläutern sind.

Fig. k zeigt eine Richtcharakteristik der Antenne.

Fig. 5 zeigt eine vereinfachte Form der charakteristischen Kurven nach Fig. k.

Fig. 6 zeigt eine Darstellung der Richtcharakteristik der Antenne nach Fig. 3 (wenn der Nebenreflektor gemäß Erfindung aus seiner Normallage entfernt wird).

Fig. 7 und 8 zeigen schematische Darstellungen zweier anderer AusfUhrungsformen der Antennenvorrichtung gemäß Erfindung.

Fig. 9 zeigt eine schematische Darstellung eines Antriebs für den Nebenreflektor.

Fig. Io zeigt ein Blockschaltbild einer Steuereinrichtung zur Steuerung des Antriebs nach Fig. 9«

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~* O ■"

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Fig. 1 zeigt eine achematische Darstellung einer Doppelreflektorantenne gemäß Erfindung, die ähnlich wie übliche Antennen einen Haupt reflektor 1, einen Nebenreflektor 2 und einen Hauptstrahler 3 aufweist. Die Krümmungen der Reflexionsflächen des Haupt- und des Nebenreflektors sind so festgelegt] daS₁ wird der Nebenreflektor um einen Winkel Ψ _o um einen Punkt auf der Mittelpunktslinie oder Achse h des Hauptreflektors 1 geschwenkt, die ausgehenden Strahlen alle phasengleich in einer Richtung mit dem Winkel θ_ο sind. Die Oberflächen des Hauptreflektors 1 und des Nebenreflektors 2 sind in bezug auf die Hauptachsen k bzw. 6 symmetrisch , so daß die ausgehenden Strahlen phasengleich in Richtung -θ_ο sind, wenn der Nebenreflektor um -Y₀ geschwenkt wird. Allgemein gilt, da die Krümmungen der Reflexionsflächen des Haupt- und des Nebenreflektors 1 und 2, wie erläutert, symmetrisch sind, daß bei einer Schwenkung des Nebenreflektors 2 um den Winkel + y_o die von dem Hauptstrahler 3 ausgehenden und von Nebenreflektor 2 und Hauptreflektor 1 reflektierten Strahlen in Richtung +θ_ο abgestrahlt werden. Wird der Nebenreflektor 2 um den Winkel -*ψ*_ο geschwenkt, werden die ausgehenden Strahlen in Richtung -θ_ο abgestrahlt. Der Antennengewinn der ausgehenden Strahlen erreicht seinen Höchstwert bei ±θ_ο. Liegt der Neigungswinkel des Nebenreflektors 2 zwischen - τ ο* sind die ausgehenden Strahlen nicht mehr phasengleich, und es ergibt sich ein niedrigerer Antennengewinn. Solange, der Winkel V₀ klein bleibt, ist die Phasendifferenz ebenfalls klein, so daß der Antennengewinn nicht merkbar abnimmt. Die obigen Ausführungen gelten natürlich auch für den Empfang.

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Sind die Wölbungen bzw. Krümmungen der Reflexionsflächen des Hauptreflektors 1 und des Nebenreflektors so festgelegt, daß der Winkel *θ₀, bei dem der Antennengewinn der ausgehenden Strahlen ein Maximum hat, im wesentlichen gleich ist dem maximalen Verschiebungswinkel des geografisch stationären NachrichtensatelÜT ten, wird es möglich, den Satelliten ohne einen merkbaren Abfall von Antennengewinn der ausgehenden Strahlung zu verfolgen, indem der Nebenreflektor 2 kontinuierlich geschwenkt wird. Der Versehiebungswinkel eines geografisch stationären Satelliten beträgt nur wenige Grad, so daß der Winkel -θ_ο ebenfalls nur wenige Grad beträgt, und somit kein merkbarer Abfall " des Antennengewinns auftritt.

Die Wölbung oder Krümmung des Hauptreflektors 1 bzw. des Nebenreflektors 2 ist keine einfache Parabel bzw. Hyperbel. Sie wird, wie noch zu erläutern ist, grafisch ermittelt. Das dabei erläuterte Verfahren gilt für eine Doppelreflektorantenne mit einem Hauptstrahler zur Auetendung ebener Wellen. Selbstverständlich kann das Verfahren auch angewendet werden, wenn ein Hauptstrahler zum Aussenden sphärischer Wellen verwendet wird.

Nach Fig. 2 bildet die Achse des Hauptreflektors Io die x-Achse und der Nebenreflektor 11 wird um einen Winkel "ψ um einen Punkt 12 auf der x-Achse geschwenkt. Der Schnittpunkt zwischen der x-Achse und dem Nebenreflektor 11, wenn dieser sich in seiner Normallage, d.h. nicht geschwenkt, befindet, ist Punkt 13 (U₁, V₁). Hierbei fällt der Mittelpunkt des

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-U-

Nebenreflektors 11 mit dem Punkt 13 zusammen. Die Wellenfront lh, die im Winkel θ gerichtet ist, schneidet die x-Ächse im Punkt 12.

Als erstes werden die vom Hauptstrahler ausgehenden Strahlen untersucht, wenn sie den Punkt 13¹ (u', v|), den Mittelpunkt des um den Winkel ψ _Q gedrehten Nebenreflektors llj erreichen. Der Hauptstrahler sendet, wie bereits erwähnt_s ebene Wellen aus, so daß sich die Wellen parallel zur x-Achse ausbreiten. Die Wölbung des Nebenreflektors 11 ist in der Normallage senkrecht zur x-Achse. Die Normallage wird dann eingenommen, wenn der Mittelpunkt bei Punkt 13 liegt. Die Krümmung des Reflektors ist dann senkrecht zur Linie zwischen den Punkten 12 und 13' CuJ₃ v-J), wenn der Nebenreflektor 11 um einen Winkel*^ _o geschwenkt ist. Die Wellen, die im Punkt 13' auftreffen, werden unter dem Winkel 2p-, in bezug auf die x-Achse in Richtung des Hauptreflektors Io reflektiert. Im Punkt (x , y, ) des Hauptreflektors Io werden die Wellen wiederum reflektiert und treffen nun unter einem rechten Winkel auf die Wellenfront I¹+. Nach dem Reflexionsgesetz erhält man daher einen Neigungswinkel ^C, des Hauptreflektors Io im Punkt (x-, , y, ) . Auf diese Weise wird ein Punkt der Wölbung des Hauptreflektors Io gewonnen. Die Länge der Strecke, die die Welle vom W . Punkt (O, v-f) über die Punkte (U₁ ¹, V₁ ¹) und (χ_χ, γ_χ)

bis zur Wellenfront Ϊ¹+ zurücklegt, beträgt C ·

Da die Wölbung des Hauptreflektors Io symmetrisch zur x-Achse ist, gibt es auf der Wölbung oder Krümmung der Reflexionsfläche einen in bezug auf die x-Achse

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symmetrischen Punkt (xp* y₂) ^zam Punkt (χ.,, y, ). Die •Koordinaten verhalten sich wie Xp = x·, j y₂ = -y-i · Der Neigungswinkel Λ η des Hauptreflektors Io im Punkt ^Y'P» y?} i^s^ gleich dem Winkel -OC-, · Umgekehrt wird ein vor; der //ellenfront I^ ausgehender Strahl, der bei Punkt (x-.j y_o) auftrifft, unter einem Winkel reflektiert,

^ rf

der bestimmt wird durch 9 und/Xp· Die Wellen v/erden dann vom iJebenreflektor 11 reflektiert und breiten sich parallel zur x-richse aus, und erreichen bei χ = O die y-Ächse. Hierbei muß die Länge der von der //eile von der Wellenfront l^Lt zurückgelegten Strecke gleich £> sein, so daß der zweite Punkt (ul, vij auf dem iiebenreflektor 11 und ein Neigungswinkel β ρ des ^ebenreflektors 11 in diesem Punkt festgelegt wird, ausgehend von dem Punkt (uX₃ vl) und dem Neigungswinkel /3pj kann der entsprechende Punkt (up, v_?)und der Neigungswinkel des nicht geschwenkten Reflektors gefunden werden.

Der Punkt (u , vO ist symmetrisch zum Punkt (u₂, V₂) in bezug auf die x-Achse und kann leicht gefunden werden. Den Iieigungswinkel β-, des Nebenreflektors 11 in diesem Punkt erhält man nach folgenden Gleichungen;

U₃ = u₂ V₃ = -V₂ ₃

Auf ähnliche Weise wird der symmetrische Punkt (ul, vl) und der Neigungswinkel/Ol in diesem Punkt bei einer Schwenkung des Nebenreflektors 11 um einen Winkel⁴^ gefunden. Der Reflexionswinkel im Punkt (ui, vi) der vom Hauptstrahler ausgehenden Wellen, die sich parallel zur x-Achse ausbreiten, kann auf diese Weise gefunden werden. Die reflektierten Wellen werden ebenso vom Hauptreflektor Io reflektiert und treffen unter einem rechten Winkel auf die Wellenfront lh. Da die Länge £

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-Ιο

-ίο. 2H8201

der zurückgelegten Strecke unverändert bleLbt, kann

der Reflexionspunkt (x^j yO auf dem Hauptreflektor und der Neigungswinkel ος-, desselben gefunden werden.

Zusammengefaßt lauten die Beziehungsgleichungen für das erläuterte grafische Verfahren zur Konstruktion der Wölbung des Haupt- und des Nebenreflektors;

= C - (C - U₁)
= (C - V₁) sin

tan

I = U₁* + \Λχχ - ν^{2 + (}yi - ν⁾²

H- C cos θ - X₁ cos G₀ - y₁ sin θ

α t = i (^₄ x₉/cos(2Ö^₉ - G_n)

² /(f ^ ^{2 2} °

- C cos θ + X₂ cos 0_Q + y₂ sin
* = y₂ + (u₂* ~ x₂) tan

_{2 2}

= -d₂ + ι o

2098U/1098 " ⁿ "

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u-,' = C - v₂» sin 2Y₀ - (C - u₂ ^T) cos = v_o« cos

+(C- u₂ ^f) sin

_o cos 2K +(C- u₂) sin 2ψ_ο

ei O d O

• = __ 1- — -- (u3^f+u3Vcos 2/O0'

1 l/cos 2(0 .+cos θ_ο- tan 2 ρ - sin ©_Q + C cos Q - v~.^f sin θ - u^¹ tan 2/3·,¹ sin Q_Q - / )

^j j *-j ^ «j

Das Hinweiszeichen C entspricht dem Kriimmungsmittelpunkt 12 des Nebenreflektors 11.

Wie leicht einzusehen ist, können durch Wiederholung der beschriebenen Schritte die einzelnen Punkte der Wölbung oder Krümmung der Reflexionsfläche des Hauptreflektors Io und des Nebenreflektors 11 gefunden werden Die Wölbung oder Krümmung entsteht durch die Verbindung der einzelnen Punkte. Eine nach dem Verfahren nach Fig. 2 konstruierte Doppelreflektorantenne kann nur in einer Ebene nachfolgen. Selbstverständlich kann jedoch eine Rotationsfläche geschaffen werden, indem die Wölbung oder Krümmung des Reflektors um die Achse gedreht wird, so daß eine Doppelreflektorantenne mit Reflektorflächen, die symmetrisch zu den Achsen sind, geschaffen wird.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Doppelreflektorantenne gemäß Erfindung, die nach den oben

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nach Fig. 1 und 2 aufgestellten Grundsätzen für den praktischen Gebrauch entwickelt wurde. Ein Hauptreflektor 2o weist einen Durchmesser von 12oo mm und einen Öffnungswinkel von ca. 12o° auf. Ein Nebenreflektor 21 weist einen Durchmesser von 19o,3 mm auf. Die Reflektoroberflächen des Hauptreflektors 2o und des Nebenreflektors 21 sind Rotationsflächen, die durch Drehen der Wölbungen der Reflektoren erzeugt wurden. Die Wölbungen sind so gestaltet, da3, wenn der Nebenreflektor 21 unter 6° (=ψ₀ in Fig. 3) geneigt wird, die gewünschte Phase des ausgehenden Strahls um 2° (= 9_Q in Fig. 3) geneigt wird. Als Hauptstrahler 22 wird ein konischer Hornreflektor mit einem Of f nu ng s durchmess er von l68 mm und einem Öffnungswinkel von 2o° verwendet. Der Hauptstrahler ist im Mittelpunkt des Reflektors 2o angebracht. Der Mittelpunkt hat vom Drehpunkt 23 des iiebenreflektors etien Abstand von ^31ι5ο mm. Nimmt der Nebenreflektor e±ie Lage ein, bei der er nicht gegen den Hauptreflektor geneigt ist, hat sein Mittelpunkt einen Abstand von ^11,I¹+ mm vom Mittelpunkt des Hauptreflektors 2o.

α Fig. k zeigt eine Darstellung der Richtcharakteristik der Doppelreflektorantenne nach Fig. 3· Der Winkel Θ ist auf der Abszisse aufgetragen, die relative Feldstärke auf der Ordinate. Die polarisierten Wellen, dargestellt durch einen Pfeil, werden zur Messung in einer zur Achse des Hornreflektors 22 senkrechten Ebene benützt. Fig. *+a zeigt die Veränderung der Richtwirkung, wenn der WinkelT des Nebenreflektors im positiven Sinn verändert wird. FJg. kb zeigt die Veränderung der Richtwirkung, wenn der Winkel ψ im negativen Sinn verändert wird, Wie zu erwarten war,

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zeigt die Doppelreflektorantenne nach Fig. 3 den höchsten Antennengewinn, wenn der Nebenreflektor nur wenig im positiven oder negativen Sinn geschwenkt wird. Es ist zu erkennen, daß der Antennengewinn zwischen den Richtungen mit den Höchstwerten nicht merkbar verringert wird. Es ist ebenfalls ersichtlich, daß der mittels des Nebenreflektors aussteuerbare Winkelbereich erheblich breiter als bei einer Cassegrainantenne ist.

Die Richtwirkung der Doppelreflektorantenne nach Fig.3 kann auch in einer einfacheren Darstellung (s. Fig. 5) wiedergegeben werden. Der Winkel θ ist auf der Abszisse, ä

die Feldintensität auf der Ordinate aufgetragen. Wenn die Wölbungen oder Krümmungen des Hauptreflektors und des Nebenreflektors 21 so gewählt sind, daß die abgehenden Strahlen in allen Richtungen im Bereich ¹ θ_ο, bei Schwenkung des Nebenreflektor3 21 um ¹Y₀* in Phase sind, wird die Richtwirkungakurve A erzielt, wenn der Nebenreflektor 21 um + γ geschwenkt wird. Die Richtwirkungskurve B wird bei einer Schwenkung des Nebenreflektors 21 um -ψ₀ erzielt. Wird der Nebenreflektor 21 In bezug auf den Hauptreflektor nicht geschwenkt, erhalt man die Richtwirkungakurve C. Bei dieser Kurve ist zu erkennen, daß der Antennengewinn geringfügig verringert ist. Solange aber der " Winkel θ nicht sehr groß ist, kann keine nennenswerte Verminderung des Antennengewinns festgestellt werden. Die gestrichelte Kurve D ist die Einhüllende der Spitzenwerte des Antennengewinns, wenn der Neigungswinkel des Nebenreflektors kontinuierlich geändert wird.

Sodann wurde die Richtwirkung der Antenne nach Fig.

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- ik -

•gemessen, wenn der Nebenreflektor 21 um den Punkt 23 geschwenkt und ein wenig vom Hauptreflektor 2o entfernt war, indem er aus seiner Normallage gedreht wurde. Die Ergebnisse zeigt Fig. 6. Die Richtwirkungskurve D ist die Einhüllende der Spitzenwerte des Antennengewinns, wenn der Neigungswinkel Q des ausgehenden Strahls (auf der Abszisse aufgetragen) kontinuierlich verändert wurde. Die gestrichelte Kurve E zdgt die Richtwirkung, als der Nebenreflektor 21 aus seiner Normallage um 6 mm entfernt wurde, während die gestrichelte Kurve F die Richtwirfcung bei einer Abweichung von 9 mm zeigt.

Fig. 6 zeigt, daß man den Antennengewinn erhöhen kann, wenn der Nebenreflektor aus seiner Normallage entfernt wird. Die Oberflächen des Haupt- und Nebenreflektors der Antenne nach Flg. 3 sind Rotationsflächen, die durch Drehen der ebenen Reflektorwölbungen um ihre Achse erzeugt wurden. Hierbei können verschiedene fehlerhafte Abweichungen in der zur Neigungsrichtung des Nebenreflektors senkrechten Richtung auftreten. Die Hauptabweichung ist eine sphärische Aberration.Wird daher der Nebenreflektor vom Hauptreflektor entfernt, verringert sich diese sphärische Aberration, als Folge steigt der Antennengewinn an.

Aus den nach Fig. 6 erläuterten Ergebnissen ist abzuleiten, daß es beim praktischen Einsatz der Doppelreflektorantenne nach Fig. 3 z\xm Verfolgen eines geografisch stationären Nachrichtensatelliten notwendig ist, nicht nur den Nebenreflektor zu schwenken» sondern ihn auch auf der Achse vorwörts und rückwärts zu ver-

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schieben. Damit ist''die Lage des Nebenreflektors so einstellbar, daß die angestrebte Intensitätskurve E der Richtwirkung nach Fig. 6 erzielt werden kann.

Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform der Antennenvorrichtung gemäß Erfindung, mit der ein bestimmter geografisch stationärer Satellit verfolgt werden kann. Ein Hauptreflektor 32 wird von einer Halterung 31 j die auf einem Fundament 3° gefestigt ist, getragen, wobei die reflektierende Oberfläche des Hauptreflektors 32 in Richtung auf einen bestimmten Satelliten ausgerichtet ist. Gegenüber von dem Hauptreflektor 32 ist ein Nebenreflektor 35 auf einer Antriebs- und Steuereinrichtung 3¹+ befestigt. Die An- " triebs- und Steuereinrichtung 3*+ ist auf einer Lagereinrichtung 33j die von dem Hauptreflektor 32 abragt, befestigt. Ein Hauptstrahler 36 und eine Antennenzuleitung 37 sind vorgesehen. Natürlich sind die Wölbungen des Hauptreflektors 32 und des Nebenreflektors 35 so gestaltet, daß die ausgehenden Strahlen in einer Richtung, die etwas von der Achse des Hauptreflektors 32 abweicht, in Phase sind. Bei der Verfolgung des Satelliten wird der Nebenreflektor 35 mittels der Antriebs- und Steuereinrichtungen 3¹+, die noch näher zu erläutern sind, entsprechend der Verschiebung des geografisch stationären Satelliten j geschwenkt. Da der Hauptreflektor 32 unbeweglich ist, kann nur ein bestimmter geografisch stationärer Satellit verfolgt werden.

Manchmal ist es jedoch wünschenswert, einzelne geografisch stationäre Satelliten von einer größeren Anzahl von Satelliten, die sich in einer Umlaufbahn in

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der Äquatorial ebene befinden_s zu verfolgen..Für diesen Zweck ist eine Doppelreflektorantenne gemäß Erfindung nach Fig. 8 besonders geeignet. Bei dieser Antenne ist ein Hauptreflektor ko auf einer drehbaren Lagerung kV befestigt. .Mn iJetemeflektor ^!-f2 ist beweglich auf einer Führungs- oder Nachfolgeeinrichtung ^3, die ihrerseits auf den vom Hauptreflektor ^o abragenden Lagerungen ^l befestigt. ist₃ gelagert. Zwei voneinander getrennte halbkreisförmige Zahnräder kk und k% sind auf der Rückseite des Hauptreflektors ^o befestigt und stehen im .Eingriff mit zwei Zahnrädern ko und k9_s die drehbar an der Lagerung ky angebracht sind, wiird daher an der Lagerung k^r/_s die auf dem Fundament ^lf6 befestigt ist₃ ein Motor 5o angebracht und mit dem.Zahnrad ^9 verbunden, wirdj wenn sich der Motor dreht₃ der Hauptreflektor ^o um die Achse 51 in Richtung des Doppelpfeils hin- und herbewegt. Da die Achse 51 nach Norden gerichtet ist_a kann die Antenne mehrere geografisch stationäre Satelliten in einer Umlaufbahn in der iiuqatorialebene verfolgen. Der ausgewählte geografisch stationäre SateEit kann durch Drehung des Nebenreflektors ^3 mittels des Antriebs k2, ähnlich wie bei der Antenne nach Fig. ? verfolgt werden. Bei dieser Aus führungs form ist ein Hornrefle^tor 52 eines Hauptstrahlers im Mittelpunkt des Hauptreflektors so angebracht daß die Achse des konischen Teils des Hornreflektors koaxial mit der Achse 51 ist, Da sich der Hornreflektor 52 zusammen mit dem Hauptreflektor dreht, ist er mit der Antennenzuleitung 53 über ein bewegliches Verbindungsbauteil 5^+ verbunden.

Die Nebenreflektoren der Antennen nach Fig. 7 und 8

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werden mittels einer Antriebseinrichtung von der Art₃ wie in Fig. 9 gezeigtj bewegt. Ein Webenreflektor 6o wird um den Punkt 6l geschwenkt. Er ist mit einer gekrümmten Führungsschiene 62₅ deren Mittelpunkt mit dem Punkt 6l übereinstimmt, versehen. Die Führungsschiene 62 ist mittels zweier Führungsbauteile 63 und 6k auf einer Lagerung 65 befestigt. Der mit einem Gewinde oder einer Verzahnung versehene Teil 66 der Führungsschiene 62 steht im Eingriff mit einem Zahnrad 68, das direkt mit einem Motor 6/ verbunden ist. Der Motor 6y ist auf der Lagerung 65 befestigt so daß beim Laufen des Motors 6y eine Drehung über die Verbindung des Zahnrads 68 mit dem Teil 66 mit Schrauben- I gewinde auf die Führungsschiene 62 und damit auf den iiebenreflektor übertragen wird. Auf diese Weise wird der iiebenreflektor 60 geschwenkt. Die Lagerung 65 ist ihrerseits auf einer Lagereinrichtung 69 mittels zweier Führungsbauteile 72 und 73 befestigt. Die Führungsbauteile '/2 und 73 sind mit der Lagerung 65 fest verbunden. In die Führungsbauteile sind Teile ']o und 71 von Führungsschienen der Lagereinrichtung 69 eingefügt. Vom Mittelpunkt der Lagerung 65 ragt eine Zahnstangerfab, die mit einem Zahnrad 77» das von einem auf der Lagereinrichtung 69 befestigten Motor 76 angetrieben wird, im Eingriff steht. Dreht sich der . λ Motor 76, wird die Lagerung 65 vorwärts bzw. rückwärts in Richtung des Doppelpfeils bewegt. Folglich wird der Nebenreflektor 60, der auf der Lagerung 65 befestigt ist, vorwärts bzw. rückwärts auf der Achse des Hauptreflektors (in Fig. 9 nicht gezeigt) bewegt.

Die Lagereinrichtung 69 ist mit der Welle eines Motors 70, der auf einer vom Hauptreflektor (nicht gezeigt) abragenden Lagerung 80 befestigt ist, fest

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- Io -

verbunden. Die Drehachse des Motors 79 ist koaxial zur Achse 78 des Hauptreflektors, so daß bei einer Umdrehung des Motors 79 sich der Nebenreflektor um die Achse y8 dreht. Zusammengefaßt wird also der Nebenreflektor 60 in bezug auf die Achse 78 mittels des Motors 67 geschwenkt, vorwärts und rückwärts entlang der Achse 78 mittels des Motors verschoben und mittels des Motors 79 um die Achse gedreht.

Die drei für die Bewegung des Nebenreflektors in drei Richtungen benötigten Motore werden durch eine Steuereinheit, deren Blockschaltbild Fig. Io zeigt, gesteuert. Ein Detektor 9o zum Feststellen der Abweichungen beim Verfolgen des Satelliten, stellt die Abweichungen zwischen dem Verschiebungswinkel des geografisch stationären Satelliten und dem Winkel des ausgehenden Richtstrahls fest. Die von dem Detektor 9o erzeugten Fehlersignale setzen sich zum einen aus einem Siganl, das die Abweichung in bezug auf die Achse der Antenne wiedergibt, zum anderen aus einem Signal, das die Abweichung in der zur Achse senkrechten Richtung wiedergibt, zusammen. Die beiden Signale v/erden in Generatoren 91 bzw. für die Fehlersignale eingegeben. Entsprechend einem Steuersignal des Signalgenerators 91 wird eine Steuerschaltung 93 zur Steuerung des Motors 79 so angesteuert;, um die Winkellage des Nebenreflektors in bezug auf die Achse aufs genaueste einzustellen. Das einer Abweichung in der Senkrechten zur Achse entsprechende Signal wird in einen Analogrechner 9^ eingegeben, in dem das Signal in zwei Komponenten

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zerlegt wird. Eine Komponente bestimmt die Strecke, die der Nebenreflektor auf der Achse vorwärts oder rückwärts verschoben werden muß, die andere Komponente bestimmt die Neigung des Nebenreflektors in bezug auf die Achse. Die erste Komponente wird über eine Steuerschaltung 95 zum Steuern des Motors ,6, die zweite Komponente wird über eine Steuerschaltung 96 zum Steuern des Motors 6[^: verwendet. Auf diese Weise sind die gewünschten Kurven der Richtcharakteristik nach Fig. 6 zu gewinnen.

Wird der Nebenreflektor vorweg in einer Stellung, in der die Kurve E der Richtwirkung nach Fig. 6 erzielt wird, festgehalten, ist selbstverständlich die Vorrichtung zum Hin- und Herbewegen des Nebenreflektors auf der Achse überflüssig. Demzufolge ist der Antrieb nach Fig. Io weiter zu vereinfachen.

Die Erfindung schafft also eine Antennenvorrichtung mit doppeltem Reflektor₃ dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Haupt- und einen Nebenreflektor aufx^eist, wobei die Wölbungen des Haupt- und des Nebenreflektors so gestaltet sind_s daß bei einer Neigung des Nebenreflektors nach zwei verschiedenen Winkeln in bezug auf den Hauptreflektor, die ausgehenden Strahlen in zwei verschiedene Richtungen die um einen kleinen J

Winkel voneinander abweichen, in Phase sind. Beim Steuern der ausgehenden Strahlen wird der Neigungswinkel des Nebenreflektors kontinuierlich verändert, während gleichzeitig der Abstand zwischen dem Hauptreflektor und dem Nebenreflektor verändert wird.

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- 2o -

Claims

_ _2o _ 21 43201

Patentansprüche

( Iy Antenne mit doppeltem Reflektor, gekennzeichnet durch einen Hauptreflektor (2o₃ 32j ^ifo) und einen Nebenreflektor (21, 35, ¹Oj 60} _s um zwischen beiden auszusendende oder zu empfangende Signale zu reflektieren, einen Hauptstrahler (22, 363 52)₃ der auf der Mittelachse des Hauptre-■ flektors zwischen dem Haup!reflektor und dem Nebenreflektor angebracht ist, und durch eine Ge- _ staltung der gekrümmten Oberflächen des Haupt-

W und des Nebenreflektors, so daß bei einer Neigung des Nebenreflektors in eine von zwei niög-» liehen Richtungen in bezug auf eine Ebene durch die Mittelachse des Hauptreflektors, die ausgestrahlte Welle in einer von der Achse abweichenden Richtung in Phase ist.
2. Antennenvorrichtung mit doppeltem Reflektor nach Anspruch Ij dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel des Nebenreflektors (2I₅ 35, ^3, 60) kontinuierlich zum Steuern der ausgestrahlten Wellen veränderbar ist.

Antennenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel des Nebenreflektors (21, 35j *+3j 60I in bezug auf den Hauptreflektor (2o, 32, ko) veränderbar ist, und der Abstand zwischen dem Haupt- und dem Nebenreflektor ebenfalls veränderbar ist.

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k. Antennenvorrichtung nach Anspruch 3j dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptreflektor (32) auf einer Haltevorrichtung (3o_s 3D angebracht ist, und daß der Nebenreflektor (35) auf einem Antrieb, der seinerseits gegenüber dem Hauptreflektor auf einer Hebeeinrichtung angebracht ist, die von dem Hauptreflektor abragt, sitzt, and daß der Neigungswinkel des Nebenreflektors und der Abstand zwischen Haupt- und Nebenreflektor durch den Antrieb veränderbar ist.

2098U/ 1098

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